從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看LED照明涵蓋住宅照明工業(yè)照明街道照明和餐廳零售及服務(wù)業(yè)照明等不同類別而從功率等級(jí)來(lái)看除了低功率照明也包括大功率區(qū)域照明典型應(yīng)用如柱燈洗墻燈外墻燈隧道照明街燈停車場(chǎng)及公共安全照明工業(yè)及零售照明等室外照明以及低頂燈高頂燈凍柜/冰箱及停車庫(kù)等室內(nèi)照明

一LED區(qū)域照明應(yīng)用要求

LED驅(qū)動(dòng)器的主要功能就是在多種條件下限流并要保護(hù)LED免受浪涌及其它故障條件影響以及提供某種等級(jí)的安全性避免電氣和/或機(jī)械方式的震動(dòng)及著火對(duì)于區(qū)域照明應(yīng)用而言室外環(huán)境會(huì)給LED驅(qū)動(dòng)器帶來(lái)溫度挑戰(zhàn)且可能需要承受277Vac347Vac或者甚至480Vac等比標(biāo)準(zhǔn)電壓更高的交流輸入電壓

區(qū)域照明應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)器可能還需要符合某些有關(guān)功率因數(shù)或諧波含量的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)如歐盟的國(guó)際電工聯(lián)盟IEC的IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)對(duì)功率超過(guò)25W的照明設(shè)備C類的諧波含量提出了要求相當(dāng)于總諧波失真THD低于35%但符合IEC61000-3-2C類諧波含量要求并不必然表示功率因數(shù)PF高于0.9而某些市場(chǎng)如美國(guó)通常要求PF高于0.9及THD低于20%

很多區(qū)域照明應(yīng)用都在室外可能會(huì)經(jīng)受各種嚴(yán)格溫度條件從而使總體使用壽命受到影響而總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)使用壽命有重要影響故使用內(nèi)部發(fā)熱較少損耗更低的高能效LED驅(qū)動(dòng)器非常重要而且在設(shè)計(jì)中要對(duì)驅(qū)動(dòng)器與LED熱源進(jìn)行熱隔離從而增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性

LED照明的控制也可以變得更加智能化傳統(tǒng)街燈以定時(shí)器或環(huán)境光傳感器來(lái)自主控制而利用電力線通信PLC或無(wú)線控制技術(shù)可以提供高度靈活的LED區(qū)域照明控制如基于時(shí)間的光輸出等級(jí)集中控制基于車流量傳感器的發(fā)光等級(jí)控制以及根據(jù)檢測(cè)人車活動(dòng)來(lái)調(diào)控市中心照明兼顧步行車及街道照明LED智能控制技術(shù)在節(jié)省電能之余還不會(huì)損及安全性典型應(yīng)用有如智能雙亮度等級(jí)照明如公園加油站頂棚停車場(chǎng)所樓梯及電冰箱箱體照明都支持根據(jù)需要來(lái)調(diào)整亮度等級(jí)的照明LED能夠即時(shí)導(dǎo)通及關(guān)閉能夠在這些應(yīng)用中方便地根據(jù)動(dòng)作或活動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)照明等級(jí)如在未檢測(cè)到活動(dòng)時(shí)提供20%-40%的亮度等級(jí)而在檢測(cè)到活動(dòng)時(shí)提供100%亮度的照明這樣就利于大量節(jié)省額外的電能消耗

二LED區(qū)域照明電源架構(gòu)及典型LED驅(qū)動(dòng)方案

1適合線性燈線槽燈等應(yīng)用的分布式/模塊化方案

大功率LED區(qū)域照明應(yīng)用中一種常見(jiàn)的電源架構(gòu)是功率因數(shù)校正PFC+恒壓CV+恒流CC的三段式架構(gòu)這種架構(gòu)中交流輸入電源經(jīng)過(guò)功率因數(shù)校正和隔離型直流-直流DC-DC轉(zhuǎn)換后輸出24至80Vdc的固定電壓提供給后面內(nèi)置DC-DC降壓轉(zhuǎn)換電路的恒流LED模塊見(jiàn)圖2這種架構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了能夠現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)的模塊化途徑可根據(jù)實(shí)際需求靈活改變LED光條數(shù)量從而增加或減小光輸出滿足具體區(qū)域照明應(yīng)用要求這種架構(gòu)下交流-直流AC-DC轉(zhuǎn)換與LED驅(qū)動(dòng)電路并未集成在一起而是采用分布式配置既簡(jiǎn)化安全考慮又增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性也稱作分布式方案典型應(yīng)用包括線性燈及線槽燈等

在這種模塊化途徑下一項(xiàng)設(shè)計(jì)能夠擴(kuò)展用于多種光輸出等級(jí)而且隨著LED光輸出性能增強(qiáng)LED模塊要提供相同光輸出等級(jí)所需采用的燈條就更好而每個(gè)燈條都設(shè)有一個(gè)專用的DC-DCLED驅(qū)動(dòng)器如可以采用安森美半導(dǎo)體的CAT4201高能效降壓LED驅(qū)動(dòng)器CAT4201專門優(yōu)化用于驅(qū)動(dòng)大電流LED采用具有專利的開關(guān)控制算法提供高能效及精確的LED穩(wěn)流可達(dá)350mACAT4201可采用最高36V的電源電壓供電并兼容于12V和24V標(biāo)準(zhǔn)照明系統(tǒng)圖3顯示的是CAT4201的高壓LED驅(qū)動(dòng)器配置外圍的N溝道MOSFET支持高壓輸入100V輸入電壓時(shí)LED功率達(dá)30W50V輸入時(shí)LED功率達(dá)13W

2適合洗墻燈外墻燈等應(yīng)用的整體式/單段式方案

并不是所有的區(qū)域照明應(yīng)用都要求采用分布式/模塊化方案隨著白光LED性能的快速提升新型LED已經(jīng)可以配合新的LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方法領(lǐng)先的LED制造商已經(jīng)推出支持更大電流及具備更高發(fā)光性能的新型LED如CREE的XP-G系列LED正向壓降為3.3V在1A電流時(shí)可提供330流明光輸出SeoulSemiconductor的P7系列LED正向壓降為3.3V在1.4A時(shí)可提供400流明光輸出在這種條件下可以配置新穎的LED驅(qū)動(dòng)器來(lái)直接驅(qū)動(dòng)1A到3A的大電流例如可以采用安森美半導(dǎo)體的NCL30001功率因數(shù)校正TRIAC可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器

NCL30001是一種整體式/單段式的LED驅(qū)動(dòng)方案這種方案集成了PFC和隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換電路并提供恒定電流來(lái)直接驅(qū)動(dòng)LED這種方案相當(dāng)于將AC-DC轉(zhuǎn)換與LED驅(qū)動(dòng)兩部分電路整合在一起均位于照明燈具內(nèi)省下了LED光條中集成的線性或DC-DC轉(zhuǎn)換器這種整體式方案的電源轉(zhuǎn)換段更少減少元器件使用數(shù)量如光學(xué)元件LED電子元件及印制電路板等降低系統(tǒng)成本并支持更高的LED電源總體能效當(dāng)然這種方案的功率密度更高可能并不適合所有區(qū)域照明應(yīng)用其光學(xué)圖案可能更適合較低功率的LED典型應(yīng)用包括LED街燈外墻燈洗墻燈及電冰箱箱體照明等

這90W恒壓恒流演示板接受90至265Vac的擴(kuò)展通用輸入電壓更換元件條件下可支持305Vac提供0.7A至1.5A的恒定電流輸出范圍可通過(guò)微幅調(diào)節(jié)電阻來(lái)選擇及30V至55V的恒定輸出電壓范圍可通過(guò)電阻分壓器來(lái)選擇最大輸出功率90W支持50至1000Hz調(diào)光控制并包含可連接至可選調(diào)光卡的6引腳接口用于模擬電流調(diào)節(jié)/雙亮度等級(jí)數(shù)字調(diào)光等智能調(diào)光應(yīng)用此外這演示板還提供短路保護(hù)開路保護(hù)過(guò)溫保護(hù)過(guò)流保護(hù)及過(guò)壓保護(hù)等豐富保護(hù)特性測(cè)試顯示這演示板在50W輸出功率1000mA輸出電壓/48V正向壓降條件的能效高于87%詳見(jiàn)表1在50%至100%負(fù)載條件下功率因數(shù)高于0.9同時(shí)符合IEC61000-3-2C類設(shè)備諧波含量標(biāo)準(zhǔn)

3用于更大功率區(qū)域照明應(yīng)用的高能效LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電源

近年來(lái)業(yè)界對(duì)超高能效的LED照明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)興趣日濃期望在更大功率的50W至250WLED區(qū)域照明應(yīng)用中提供高能效如高于90%要提供這樣高的能效需要采用高能效的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如諧振半橋雙電感加單電容LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從而充分發(fā)揮零電壓開關(guān)ZVS的優(yōu)勢(shì)

在這類要求超高能效的更大功率LED區(qū)域照明應(yīng)用中可以結(jié)合采用安森美半導(dǎo)體的NCP1607PFC控制器和NCP1397雙電感加單電容LLC半橋諧振控制器用于功率在50到300W范圍的高能效LED街道照明應(yīng)用

NCP1397是最新高性能諧振模式LLC控制器集成了600V高壓浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)器支持50到500kHz的高頻工作內(nèi)置高端和低端驅(qū)動(dòng)器支持可調(diào)節(jié)及精確的最低頻率提供極高能效并具備多種故障保護(hù)特性

三增強(qiáng)LED串可靠性的保護(hù)方案

區(qū)域照明應(yīng)用中通常會(huì)采用多串LED雖然LED本身可靠性高但若LED串中的某個(gè)LED開路那么整串LED就可能關(guān)閉而街道照明等應(yīng)用中要避免這種狀況從而降低后期維護(hù)成本安森美半導(dǎo)體推出了NUD4700LED電流旁路保護(hù)器這器件是一款分流器件萬(wàn)一LED串中某個(gè)LED開路則會(huì)提供電流旁路確保在某個(gè)LED故障的條件下整串LED不會(huì)關(guān)閉而且恰當(dāng)處理散熱的話還可支持大于1A的大電流